智能建筑信息传输网络基础原理

智能建筑信息传输网络基础原理智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象1.1智能建筑网络的功能和分类1.2智能建筑网络的传输对象与特征2智能建筑网络传输介质1信道与传输损耗2双绞线3同轴电缆4光纤5无线信道6传输介质的选择3通信网络技术3.1公用电信网简介3.2公用交换电话网PSTN3.3数据通信网•智能建筑的信息传输网络是“建筑智能化”的基础，它有什么需求？有什么功能？它有哪些传输对象？有什么特征？这些问题是我们首先要搞清楚的。这就是本章的重点内容之一。•其次，任何一个智能建筑的信息传输网络都不能孤立地运作，它必须与外界进行通信（通常要连到Internet）。连通外界的桥梁就要靠公用电信网。电信网的用户遍及世界各地，各个国家的公用电信网络互连提供国际通信业务，因此，我们有必要了解公用电信网。这也是本章的重点内容之一。智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象智能建筑信息传输网络基础原理(1)能与全球范围内的终端用户进行多种业务的通信功能。支持多种媒体，多种信道，多种速率，多种业务的通信。比如，（可视）电话、互联网、传真、计算机专网、VOD、IPTV、VOIP等等。(2)完善的通信业务管理和服务功能。比如，可以应对通信设备增删、搬迁、更换和升级的综合布线系统，保障通信安全可靠的网管系统等。(3)信道冗余，在应对突发事件、自然灾害时通信更加可靠。(4)新一代基于IP的多媒体高速通信网、光通信网是未来新的通信业务支撑平台。•VOD(VideoOnDemand)即视频点播技术的简称，也称为交互式电视点播系统。视频点播是计算机技术、网络技术、多媒体技术发展的产物，是一项全新的信息服务。它摆脱了传统电视受时空限制的束缚，解决了一个想看什么节目就看什么，想何时看就何时看的问题。有线电视视频点播，是指利用有线电视网络，采用多媒体技术，将声音、图像、图形、文字、数据等集成为一体，向特定用户播放其指定的视听节目的业务活动。包括按次付费、轮播、按需实时点播等服务形式。•IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。用户在家可以有两种方式享受IPTV服务：(1)计算机，(2)网络机顶盒+普通电视机。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点，尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，没有触及媒体内容的传播方式。1.1智能建筑网络的功能和分类智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象电话(信)网公用网现场控制网、集中管理网、消防网、安防网...公用信息网、音视频网...模拟传输网计算机网数字传输网内部专用网保密网公用电话网计算机互联网专用广域网公安金盾网、海关金关网、政府办公网...VOIP智能建筑通信网络图2-1智能建筑的信息传输网络的分类1.电话(信)网智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象智能化建筑内的电话网一般是以程控用户交换机PABX(PrivateAutomaticBrancheXchange)为中心构成一个星形网，为用户提供话音通信是其基本功能。建筑内的用户之间是分机对分机的免费通信。它既可以连接模拟电话机，也可以连接计算机、终端、传感器等数字设备和数字电话机，不仅要保证建筑内的语音、数据、图像的传输，而且要方便地与外部的通信网络如公用电话网、公用数据网、用户电报网、无线移动电话网等网络连接，达到与国内外各类用户实现话音、数据、图像的综合传输、交换、处理和利用。1.1智能建筑网络的功能和分类计算机网智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象智能化建筑内的计算机网是通信系统的核心，是大量的信息传输、交换、处理的基础。计算机网的实质内涵是高速的数据通信网，由于TCP/IP己经是计算机网的传输标准，因此，我们又称之为IP网络。智能化建筑内的计算机网络技术是局域网（LAN），传输速率最大可达10Gbps,目前的技术主流可保证到端点的传输速率为100Mbps，因此，智能化建筑内的计算机网络是一个高速的IP网络。1.1智能建筑网络的功能和分类智能化建筑内实际上构建了多个LAN智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象1.1智能建筑网络的功能和分类公用信息网Intranet办公保密网楼宇控制,安防,消防专网视频监控专网互联网政府办公网中央控制室图2-2一个建筑内多个LAN并存1.2智能建筑网络的传输对象与特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象模拟数据(信息)数字数据(信息)控制信号电压信号电流信号音频信号话音信号全频信号视频信号基带视频信号复合视频信号高清视频信号控制数据非实时数据C/S,B/S应用数据块文件数据大容量文档数据实时数据音频流数据视频流数据图2-3智能建筑网络的传输对象(1)模拟控制信号传输特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象1.2智能建筑网络的传输对象与特征温度、压力、流量...传感器变送器0-5V电压4-20mA电流现场总线直流到几百Hz低频范围数字方式传输控制单元屏蔽抗干扰传输技术短距离范围(几十米)温度、压力、流量...传感器变送器控制单元距离范围大(1000m)A/D现场仪表数字化图2-4模拟控制信号传输特征(2)模拟音频信号传输特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象传输特征：话音信号既可以模拟传输，也可以数字传输。通常采用模拟传输方式，在一对0.4mm线径的双绞线上，传输4km大约衰减7dB,这个数值大致和我国电话网用户线路允许最大衰减值相当。在采用数字传输方式时，一路电话不经压缩时需要64kbps的传输带宽。音频数据采用模拟传输方式时，信道的带宽要达到20kHz,3类双绞线可以很好地传输音频数据，传输1km衰减低于6dB。音频数据采用数字传输方式时，按44KHz/16Bit采样，则不经压缩时需要704kbps的传输带宽。1.2智能建筑网络的传输对象与特征(3)模拟视频信号传输特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象传输特征：基带视频信号通常采用模拟传输方式，信道的带宽要达到8MHz,用同轴电缆一般可传输100～300m,距离再长就需要增加信号放大器。如果用光纤传输，则可达20km。基带视频信号采用数字传输方式时，一般需要数据压缩，如采用MPEG-4编码标准传输速率可下降到1Mbps的带宽。复合视频信号通常采用模拟传输方式，信道的带宽要达到900MHz,用同轴电缆一般可传输100m,距离再长就需要增加信号放大器。干线通常采用光纤传输，无需信号放大可达20km距离。复合视频信号目前不能直接用数字方式传输，需要先将各个频道的视频信号先分离出来之后，再利用单路视频信号数据压缩传输的方法，分时传输。例如，IPTV就是这种方式。1.2智能建筑网络的传输对象与特征(4)非实时数据传输特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象从信息传输的角度来分析,系统运行的方式有B/S和C/S两种,系统主要是实时性要求不高的块数据和文档数据，数据大小不超出兆字级，每个用户终端对计算机网络传输速率要求不高,有1Mbps的传输容量即可满足需求,系统负担集中在服务器端以及靠近服务器的干线上。理论上,干线的传输速率最大值是所有下属端线需求之和,服务器干线的传输速率最大值是所有端线需求之和。实际运行中,各用户的应用是异步和突发的,因此干线的传输速率远小于所有下属端线需求之和,一般有15%～20%的容量即可。1.2智能建筑网络的传输对象与特征(5)实时数据传输特征智能建筑信息传输网络基础原理1智能建筑网络功能及传输对象音频和视频数据的传输需求有两个方面：其一是音频和视频信号的数字传输，其二是音频和视频数据文档的在线播放（即视频点播）。这时对计算机网络系统的传输有实时性要求。每传输一路DVD品质的视频数据流,采用MPEG-4编码标准传输速率大致在1～2Mbps的带宽。传输一路电话数据流,大约只需8kbps的带宽。对于音乐数据，达到高品质CD效果的传输速率只需要大约100kbps带宽。1.2智能建筑网络的传输对象与特征1信道与传输损耗智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质图2-5狭义信道和广义信道信源发送装置传输介质接收装置受信者狭义信道广义信道⒈信道分类⒉信道容量C=ω×log2[1+S/N]bit/s⒊传输损耗2双绞线智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质图2-6双纹线传输介质无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP塑料外壳色标塑料绝缘层铜导线铜导线塑料外壳金属屏蔽层5类UTP6类UTP5类STP7类STP3类大对数UTP•计算机局域网中的双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类：STP外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率，但价格较高，安装也比较复杂;UTP无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹，价格相对便宜，组网灵活，其线路优点是阻燃效果好，不容易引起火灾。•UTPUnshieldedTwistedPaired非屏蔽双绞线除某些特殊场合(如受电磁辐射严重、对传输质量要求较高等)在布线中使用STP外，一般情况下我们都采用UTP。现在使用的UTP可分为三类、四类、五类和超五类还有六类五种。其中：三类UTP适应了以太网(10Mbps)对传输介质的要求，是早期网络中重要的传输介质也就是电话线缆;四类UTP因标准的推出比3类晚，而传输性能与三类UTP相比并没有提高多少，所以一般较少使用;五类UTP因价廉质优而成为快速以太网(100Mbps)的首选介质;超五类UTP的用武之地是千兆位以太网(1000Mbps)还有就是六类网线，也越来越普及成为代替超五类的替代品，七类网线目前还没有问世。3同轴电缆(1)同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗为50Ω）和宽带同轴电缆（阻抗为75Ω）内导体绝缘层屏蔽层(外导体)外套内导体绝缘层屏蔽层（外导体）外套智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质3同轴电缆(2)信号频率AirCell7宽带(dB/100m)RG58基带(dB/100m)RG213宽带(dB/100m)10MHz.3.1936100MHz.7.9119.298.27432MHz.16.8939.8418.94500MHz.18.5843.3120.041000MHz.26.9765.5130.832000MHz.40.55105.0049.923000MHz.556141.6170.20同轴电缆主要用于有线电视网的传输介质。在闭路电视监控系统中，也大量使用同轴电缆传输视频信号。智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质4光纤(1)光纤传输容量大（潜在带宽可达20THz,目前可达6400Gbps,400Gbps已商用）、损耗低(在光波长为1.55μm附近损耗仅0.2dB/km,是UTP的1/1000)、保密性能好、不受电磁干扰单芯光纤4芯光纤分散型多芯光纤光纤缓冲层抗拉线外壳抗拉线外壳纤芯纤芯剥皮线抗拉线外壳智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质4光纤(2)石英光纤在在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”。损耗分别小于2dB/km、0.4dB/km和0.2dB/km信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接收发射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出在智能楼宇中，光纤可用来传输模拟信号（如多路视频信号）。在计算机网络中，光纤主要用于构建网络的干线(用两根光纤,一来一去)传输系统。宽带接入网技术领域，光纤接入（FTTx）已经是主流，PON无源光网络智能建筑信息传输网络基础原理2智能建筑网络传输介质室内及室外光缆室外光缆室内光缆钢丝缆芯（内含多